[发明专利]一种超深竖井的封水方法

说明书

本发明公开了一种超深竖井的封水方法，主要包括压裂注浆控制设计，混凝土止浆垫施工，钻机平台的搭设，埋设止水套管，止浆岩帽加固，压裂注浆孔施工，小型压裂试验，正常压裂注浆，效果检验，该方法采用压裂设备，通过水力压裂，将地层微裂隙通道张开，采用人工造缝的方式，形成裂隙网，使地层隐性裂隙变为显性裂隙，而后定量压注单液水泥浆液并固结，使地层的可注性大幅提高，从而封堵过水通道并形成有效的防隔水围幕；采用多次重复压裂的方法，从而提高地层的堵水率，最终达到地层封水效果，解决了超深竖井工作面预注浆施工难题，封水效果好，注浆段高大，注浆工期短，工序转换少，材料成本低，经济效益好。

技术领域

本发明属于煤矿井下安全技术领域，尤其涉及一种超深竖井的封水方法。

背景技术

根据中华人民共和国安全生产行业标准AQ2062规范，超深竖井为一次挖掘成井深度大于1200m的竖井。我国矿产资源丰富，经过数百年的探寻与开发，地表及浅部矿产资源多已被发现和利用，资源可持续开发面临严峻形势，随着浅部资源日趋枯竭，开采深度逐渐加深，新发现的矿产资源呈现向地下深部发展的趋势，建设超深竖井迫在眉睫；同时，随着竖井深度的不断延深，地质条件越来越复杂，含水层的水压越来越大，地层裂隙闭合压力越来越高，给竖井施工防治水带来前所未有的困难，常规的竖井工作面防治水的方法，已远远不能满足超深竖井安全、快速施工要求。

超深竖井以岩浆岩、变质岩含水地层，以高角度隐性微裂隙为主，多呈闭合状态，且闭合压力大，由于层间无明显的隔水层，多为同一岩性，地层因后期改造不同程度而程渐进性接触，靠强度差异分隔含水层，岩石强度变化界线不明显。在竖井施工穿越前述含水层过程中，采用常规工作面预注浆的方法，存在的主要问题：注浆段高小，一般60m/次；注浆孔数多，一般20个/次；注浆压力低，一般最高压力20MPa；颗粒性的水泥浆液材料很难注入，如果注浆量小，多采用新型注浆材料，如超细水泥、化学浆液等，此方法注浆周期长，一般75天/次；注浆效果差，井筒注浆段施工剩余水量大；施工工序转换多，施工成本高。为此，设计出一种超深竖井的封水方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超深竖井的封水方法，以解决背景技术注浆工期长，需要多频次的工序循环转换，施工成本高的的问题。

为实现上述目的，本发明的一种超深竖井的封水方法的具体技术方案如下：

一种超深竖井的封水方法，主要包括以下步骤：Ⅰ，获取施工现场基础数据，按基础数据进行压裂注浆控制设计施工，完成压裂注浆孔，留高2m井帮、施工厚2m标号不低于C50混凝土止浆垫，搭设钻机平台，按需埋设止水套管，止水套管长度不小于25米，利用深埋的止水套管加固止浆岩帽；使用压裂设备通过压裂设计的计算结果对施工底层进行水力压裂，将地层微裂隙通道张开，采用人工造缝的方式，形成裂隙网，使地层隐性裂隙变为显性裂隙；Ⅲ，小体积压裂注浆试验；Ⅳ，采用对压裂钻孔钻进、扫孔，分段、分次复注定量压注浆液；V，进行封水效果检验，该方法采用压裂设备，通过水力压裂，将地层微裂隙通道张开，采用人工造缝的方式，形成裂隙网，使地层隐性裂隙变为显性裂隙，而后定量压注单液水泥浆液并固结，使地层的可注性大幅提高，从而封堵过水通道并形成有效的防隔水围幕；采用多次重复压裂的方法，从而提高地层的堵水率，最终达到地层封水效果，解决了超深竖井工作面预注浆施工难题，封水效果好，注浆段高大，注浆工期短，工序转换少，材料成本低，经济效益好。

进一步的，所述压裂设计包括地层破裂压力、管柱沿程摩阻、管柱内液体压力、地面注浆泵压力、施工排量及裂缝高度、裂缝长度、压裂注浆孔的布设、压裂注浆复注次数及段高划分、注浆材料的选取及注浆量控制。

进一步的，所述压裂注浆孔包括引导孔。

进一步的，所述压裂注浆孔在竖井中心位置每段选取一孔；压裂注浆引导孔施工至少6个孔，根据选用的钻机类型，沿竖井筒掘进荒半径位置向外施工径向钻孔，钻孔落底位置超出荒径不小于5m距离。